JP2003266187A - 加工機の動作速度モデル化方法、装置、動作経路最適化方法、装置、及び、動作速度検定方法、装置 - Google Patents

加工機の動作速度モデル化方法、装置、動作経路最適化方法、装置、及び、動作速度検定方法、装置

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JP2003266187A
JP2003266187A JP2002067451A JP2002067451A JP2003266187A JP 2003266187 A JP2003266187 A JP 2003266187A JP 2002067451 A JP2002067451 A JP 2002067451A JP 2002067451 A JP2002067451 A JP 2002067451A JP 2003266187 A JP2003266187 A JP 2003266187A
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Takuya Nishimura
卓也 西村
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 加工機の動作速度のモデル化を自動的に行な
って、加工機のスループット向上のために行なう加工計
画の加工計画精度を向上させる。 【解決手段】 加工機を動作させて、該加工機を構成す
る機器の動作速度を測定し、測定結果に基づいて、各機
器毎に最適なモデル化関数を自動的に作成する。また、
測定結果に基づいて影響因子を自動的に抽出し、抽出さ
れた影響因子を用いて、各機器毎に最適なモデル化関数
を自動的に作成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工機の動作速度
モデル化方法、装置、及び、動作経路最適化方法、装置
に係り、特に、レーザ穴開け加工機に用いるのに好適
な、加工機のスループット向上のために行なう加工計画
の計画精度を向上させることが可能な、加工機の動作速
度モデル化方法、装置、及び、これを用いた動作経路最
適化方法、装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化や高密度実装化
の要求に伴い、複数のプリント配線基板を重ね合わせた
多層プリント配線基板が提供されるようになってきてい
る。このような多層プリント配線基板では、上下に積層
されたプリント配線基板のそれぞれに形成された導電層
間を電気的に接続するため、これらの基板に、スルーホ
ールあるいはビアホールと呼ばれる穴が形成される。そ
して、これらの穴の内部に導電膜を形成することによ
り、各プリント配線基板の導電層間の接続が行われる。
【0003】プリント配線基板に形成される穴は、最近
のプリント配線基板の小型化や高機能化に伴って小型化
し、直径0.1mm以下になってきている。このような小
径の穴を精度よく形成するために、パルス発振型のレー
ザビームが用いられている。
【0004】従来のパルス発振型レーザを用いたレーザ
穴開け機の一例の構成を図1(全体構成)及び図2(詳
細構成)に示す。このレーザ穴開け機10は、パルス状
レーザビームを発生するレーザ発振器12と、該レーザ
発振器12により発生されたレーザビーム13の出力
を、加工対象であるプリント配線基板(ワークとも称す
る)6の二つの走査エリア(加工エリア)8L、8Rに
導いて、左右同時加工を可能とするために2等分するビ
ームスプリッタ14と、該ビームスプリッタ14により
反射された左側のレーザビーム13Lを、走査エリア8
L内でX軸方向(図の左右方向)及びY軸方向(図の前
後方向)に走査するための左ガルバノユニット(ガルバ
ノシステム又は単にユニットとも称する)22L(図2
参照)と、前記ビームスプリッタ14を通過した後、ミ
ラー16で反射された右側のレーザビーム13Rを、右
側の走査エリア8R内で同じくX軸方向及びY軸方向に
走査するための右ガルバノユニット22R(図2参照)
と、前記プリント配線基板8をX軸方向に平行移動する
ためのXステージ40X、及び、該Xステージ40X上
で前記プリント配線基板8をY軸方向に移動するための
Yステージ40Yを含むXYステージ40(図2参照)
とを主に備えている。
【0005】前記左ガルバノユニット22L及び右ガル
バノユニット22Rには、図2に詳細に示す如く、レー
ザビーム13L、13Rをそれぞれ反射するためのミラ
ー24L、24Rと、該ミラー24L、24Rで反射さ
れたレーザビームを、例えばY軸方向に走査するための
第1ガルバノミラー26L、26Rと、該第1ガルバノ
ミラー26L、26Rを駆動するための第1ガルバノス
キャナ(単に第1スキャナとも称する)28L、28R
と、前記第1ガルバノミラー26L、26RによってY
軸方向に走査されたレーザビームを、更にこれに垂直な
X軸方向に走査するための第2ガルバノミラー30L、
30Rと、該第2ガルバノミラー30L、30Rを駆動
するための第2ガルバノスキャナ(単に第2スキャナと
も称する)32L、32Rと、前記第1及び第2ガルバ
ノミラー26L、26R、30L、30RによりX軸方
向及びY軸方向に走査されたレーザビームを、プリント
配線基板8の表面に対して垂直に偏向し、照射口(図示
省略)を介して落とすためのfθレンズ34Lが、それ
ぞれ収容されている。
【0006】ここで、例えば前記左ガルバノユニット2
2Lは固定され、右ガルバノユニット22Rは、例え
ば、そのX軸方向位置が可変とされ、加工開始前に、ユ
ニット間距離(L軸値と称する)Aが変更可能とされて
いる。
【0007】基板6上のビーム照射可能範囲は、fθレ
ンズ34L、34Rの大きさがコストや品質等の点で制
限されているため、加工中は完全に位置が固定されるビ
ーム照射口の真下位置を中心とする、例えば40mm×4
0mmのX軸、Y軸に両辺が平行な矩形範囲(走査エリア
と称する)8L、8Rに限定されている。
【0008】一方、基板6の大きさは、例えば最大約5
00mm×600mm程度の大きさであり、一般に走査エリ
アよりも広い。従って、基板全体の穴開け加工を行うた
めに、基板を支えるXYステージ40をXY平面内で自
由な方向に駆動させ、基板6を移動するようにしてい
る。
【0009】このようなレーザ穴開け機は、例えばステ
ップアンドリピートの場合には、図3に全体の動作を示
す如く、(1)XYステージ40によって基板6を移動
する、(2)左右の走査エリア8L、8R内のレーザ穴
開け加工を行う、という2ステップの繰り返しにより、
基板全体の穴開けを行う。被加工面では、レーザビーム
が照射された部分が蒸発し、プリント配線基板6に穴が
形成される。
【0010】又、各走査エリア8L、8R内の加工につ
いては、図4に示す如く、左右ユニット22L、22R
の第1、第2スキャナ28L、28R、32L、32R
による、基板上の穴開け終了点から次の穴開け予定点へ
の移動走査(ビーム走査と称する)が全て完了した段階
でレーザビームを照射するという工程を繰り返してい
る。
【0011】レーザ穴開け機のシステム構成を、図5を
参照して説明する。
【0012】レーザ穴開け(加工)機10は、簡単に言
うと、加工データファイル群70(CADファイル及び
GUI入力から作成される)を加工機付設のパソコン
(PC)60の変換プログラム82によって変換するこ
とにより得られる、加工データ72に従って動作を行
う。加工開始命令を受け、加工機動作の制御を行うの
は、加工制御プログラム84である。
【0013】このようなレーザ穴開け機のユーザ(基板
メーカー)が加工機メーカーに求める重要且つ普遍的な
価値に、加工スループットが挙げられる。
【0014】この加工スループット向上のための有効な
手法の1つとして、基板に散布する加工穴の散布状態を
数学的に捉えて機器の加工経路を最適化する、数学的最
適化による手法がある。例えば、出願人は特願2001
−331550で、XYステージの移動とビーム走査を
交互に行う、いわゆるステップアンドリピート制御にお
ける最適化計画(ステップアンドリピート計画と称す
る)を提案し、又、特願2002−26189で、とX
Yステージを移動させつつビームを走査する協調制御に
おける最適化計画(協調制御計画と称する)を提案して
いる。最適化プログラム88は、これらの計画を実行す
るプログラムである。
【0015】前記ステップアンドリピート計画の一例と
して、ガルバノスキャナの走査経路(点訪問順序)やX
Yステージの搬送経路(スキャンエリア訪問順序)への
巡回セールスマン問題(与えられた全ての点を一度ずつ
通る巡回路の巡回路長最小化問題。TSPと略す)の適
用が挙げられる。このTSPにおいては、全ての点対の
距離(コスト)を基にして、最適化が実行される。
【0016】前記TSPの際の点対間コストの設定方法
の1つに、特願2001−331550で提案したよう
に、実際のガルバノスキャナの動作速度(距離に対する
移動時間、即ち、走査する時の位置決め時間)を実験等
により求めておき、それをそのまま用いる方法が挙げら
れる。この方法により、実機に合致したデータ(動作モ
デル76)での最適化が可能となる。
【0017】また、シミュレーションプログラム90を
用いて、実機動作をデスプレイ94上で再現することが
可能となる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、実機による実測を行ない、実測データから動
作モデルを同定し、その動作モデルを計画プログラムの
関数(又は変数)化していたため、例えパソコンを用い
るとしても、基本的に人間の手作業によるものであり、
手間が無視できない。又、開発により機器の構造や制御
方法等が変化したり、性能が向上する度に、モデル化を
再び行なう必要がある等の問題点を有していた。
【0019】又、レーザ穴開け機毎、更にはガルバノス
キャナやXYステージ毎の機差が存在するに拘らず、汎
用的な1つのモデルを作らざるを得なかった。
【0020】又、シミュレーションが実機スループット
と合致しなかった。
【0021】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、動作速度のモデル化(関数化)を自
動的に行なえるようにして、加工機のスループット向上
のために行なう加工計画の計画精度を向上させることを
課題とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は、加工機の動作
速度モデル化に際して、加工機を動作させて、該加工機
を構成する機器の動作速度を測定し、測定結果に基づい
て、各機器毎に最適なモデル化関数を自動的に作成する
ようにして、前記課題を解決したものである。
【0023】又、前記測定結果に基づいて影響因子を自
動的に抽出し、該抽出された影響因子を用いて、各機器
毎に最適なモデル化関数を自動的に作成するようにした
ものである。
【0024】本発明は、又、前記の動作速度モデル化方
法により作成された動作速度モデルを用いて、動作モデ
ルファイルを編集すると共に、前記動作速度モデルを用
いて、機器の動作経路を最適化又はシミュレーションす
ることを特徴とする加工機の動作経路最適化方法を提供
するものである。
【0025】又、加工機を動作させて、該加工機を構成
する機器の動作速度を測定し、測定結果に基づいて、各
機器の動作速度を自動的に検定することを特徴とする加
工機の動作速度検定方法を提供するものである。
【0026】本発明は、又、加工機の動作速度モデル化
装置において、加工機を動作させて、該加工機を構成す
る機器の動作速度を測定する手段と、測定結果に基づい
て、各機器毎に最適なモデル化関数を自動的に作成する
関数化手段とを備えることにより、前記課題を解決した
ものである。
【0027】更に、前記測定結果に基づいて影響因子を
自動的に抽出する抽出手段を備え、前記関数化手段が、
該抽出手段により抽出された影響因子を用いて、各機器
毎に最適なモデル化関数を自動的に作成するようにした
ものである。
【0028】本発明は、又、前記の動作速度モデル化装
置により作成された動作速度モデルを用いて、動作モデ
ルファイルを編集するファイル編集手段と、該ファイル
編集手段により編集された動作モデルファイルを用い
て、機器の動作経路を最適化又はシミュレーションする
手段とを備えたことを特徴とする加工機の動作経路最適
化装置を提供するものである。
【0029】又、加工機を動作させて、該加工機を構成
する機器の動作速度を測定する手段と、測定結果に基づ
いて、各機器の動作速度を自動的に検出する手段と、を
備えたことを特徴とする加工機の動作速度検定装置を提
供するものである。
【0030】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0031】本実施形態は、図6に示す如く、加工デー
タファイル群70と、該加工データファイル群70をプ
ログラム上での加工データ72に変換する変換機能を持
つ変換プログラム82と、レーザ穴開け機10を制御す
る加工制御機能を持つ加工制御プログラム84と、機器
の動作時間を測定する測定機能(プログラム)86a、
測定結果(データ)74から、動作距離に対する動作時
間をモデル化するモデル化機能(プログラム)86b、
動作モデル(データ)76から動作モデルファイル78
を作成又は編集する動作モデルファイル編集機能(プロ
グラム)86cを持つモデル化プログラム86と、出願
人が既に特願2001−331550や特願2002−
26189で提案したような方法によって加工計画を最
適化する最適化プログラム88と、加工シミュレーショ
ンを行なうシミュレーションプログラム90と、機器動
作速度を検定する検定プログラム92と、前記プログラ
ム82、84、86、88、90を実行可能なパソコン
(PC)80と、該PC80の処理結果を表示するデス
プレイ94と、過去の実測結果を蓄積する動作モデルデ
ータベース96とを備えている。
【0032】前記加工データファイル群70、加工デー
タ72、測定結果(データ)74、動作モデル(デー
タ)76、動作モデルファイル78、動作モデルデータ
ベース96は、例えばメモリやハードデスクに蓄えられ
ている。
【0033】なお、前記プログラム82、84、86、
88、90、92は、同一のソフトウェアでも、各々が
単独のソフトウェアでも、一部が合体していても構わな
い。
【0034】以下、図7を参照して、作用を説明する。
【0035】前記レーザ穴開け機10は、ステップ11
0で、加工データファイル群70を変換プログラム82
によって変換することにより得られる、加工データ72
に従って動作を行なう。加工開始命令の後、加工機動作
の制御を行なうのは、加工制御プログラム84である。
即ち、加工担当者は、加工データファイル群70を用意
し、加工制御プログラム84に加工開始命令を発して、
レーザ穴開け機10を動作させる。
【0036】動作開始後、ステップ102で、モデル化
プログラム86が動作モデル76を作成する。即ち、動
作中において、プログラム86aがガルバノスキャナや
XYステージ等の位置決め等の所要時間を測定する。次
いでプログラム86bが、測定結果74から、(例えば
××μm動作に××μsec費やすといったような)動作
モデル76を作成し、次いで、ステップ104で、プロ
グラム86cが、別プログラムで利用するために動作モ
デルファイル78を編集する。これ以上何もしない場合
は、ステップ105を経て、このまま終了となる。
【0037】以下のステップ(106、108、11
0)は、別プログラムの例である(必要なプログラムの
みを実行する)。
【0038】場合により、ステップ106で、動作モデ
ル76及び加工データ72を用いて、最適化プログラム
88により機器の動作経路を最適化する。最適化の方法
として、例えば特願2001−331550や特願20
02−26189で出願人が提案した方法を用いること
ができる。
【0039】場合により、ステップ108で、シミュレ
ーションプログラム90により機器の加工方法をパソコ
ン80のデスプレイ94上で表現する。
【0040】場合により、ステップ110で、機器動作
速度検定プログラム92により、機器の動作速度が想定
通りであるかどうかを検定する。この機能を使用する際
に、標準的な動作速度や過去の測定結果等の動作モデル
データベース96を用いる。
【0041】なお、ステップ106、108、110の
いずれか1つを実行した後、別のステップを実行する場
合は、ステップ112を経て、再度ステップ104実行
直後の状態に戻す。
【0042】前記加工データファイル群70は、ユーザ
(基板メーカー)が実際に加工を行なうためのデータ
(実基板データと称する)であってもよいが、実基板デ
ータの場合は、動作距離がバラバラであり、又、第1、
第2ガルバノスキャナが共に動作するため、モデル化の
ための測定としては相応しくない場合が有り得る。そこ
で、例えば図8に示す如く、同一方向に同一距離ずつの
動作を、XY方向、他距離に対し順次行なうような、
「測定−モデル化用」加工データファイル(群)を作成
しておき、それを用いて測定、モデル化を行なうことも
できる。
【0043】前記動作モデル76は、ある動作(入力
X)に対し、動作完了までにどの程度の時間を費やすか
(出力Y)を決める関係式Y=F(X)を指す。図9
に、一例として入力がX方向への移動距離のみである場
合を示す。
【0044】入力値としては、動作距離、(スキャンエ
リア内の)動作場所、前回(前々回)の動作の影響、温
度、…等、様々な項目が考えられる。従って、モデル化
機能は、図10に示すように、入力値候補の中で実際に
影響を与えている項目を抽出する工程200と、プログ
ラム上での関数化(抽出した入力値を引数とし、動作時
間を出力とする)工程202を含むことができる。
【0045】なお、前記抽出工程200は、場合により
省略してもよい。例えば、事前の実験により、動作距離
のみで十分実用的なモデル化が可能であることが予め分
かっていれば、改めて行う必要はない。
【0046】なお、前記抽出工程200及び関数化工程
202は、共に、統計的検定、推定手法に基づく。即
ち、抽出工程200においては、例えば図11に示す如
く、スキャンエリア中央及び縁沿いのデータ、前回スキ
ャナの振れ角が大きい場合と小さい場合のデータ等を、
2分若しくは幾つかに分けてサンプルを抽出し、違いが
あるかどうかを検定式により検定する。
【0047】又、前記関数化工程202においては、例
えば抽出工程において動作距離のみが抽出された場合
に、図12に示す如く、動作距離に対する動作時間のば
らつきから、例えば直線、折れ線、階段的形状の線、2
次曲線等に最小2乗法等を用いてフィットさせる。な
お、モデル化に際しては、設計に基づく機器の特性を考
慮することも考えられる。
【0048】動作モデルは、通常、第1、第2ガルバノ
スキャナで、更に2軸機の場合、左右のガルバノで、異
なったものである。従って、場合によっては関数の引数
が異なることも有り得る。
【0049】前記最適化プログラム88及びシミュレー
ションプログラム90の具体的な内容は、既に出願人が
提案した特願2001−331550、特願2002−
26189等に詳しく記載されている。なお、これらの
技術では、動作モデルはプログラムの内部に関数の形で
記述されているため、本発明では、モデルファイルを読
み込む機能が必要となる。
【0050】前記検定プログラム92は、品質検査を目
的とする。即ち、データ実測を行なった際に、実測値
と、標準的な加工速度、及び/又は、過去の実測結果
(データベース化しておく)とを比較することにより、
予想される応答性とは異なる値を示すもののチェック
や、経時的な変化のチェックを行なうことができる。即
ち、同一の設計の下で製作された機器は、ほぼ等しい応
答性を示すはずであるが、予測されるものとは全く異な
る応答性を示すことも考えられる。又、製作直後のもの
と比較して、応答性が大きく異なってくることも考えら
れる。
【0051】本実施形態においては、動作モデルを作成
するだけでなく、最適化、シミュレーションや検定も行
っているので、使い勝手が良い。なお、動作モデル作成
だけとすることも可能である。
【0052】前記実施形態においては、本発明が、レー
ザ穴開け機に適用されていたが、本発明の適用対象はこ
れに限定されず、レーザビーム以外の加工手段を用いた
一般的な加工機(例えば機械式ドリルによる穴開け装
置)や、詳細な動作モデルを自動的に得ることが有益な
システム、動作速度が品質の1つであるようなシステ
ム、更には、複数の内部機器を用いて動作を行なうよう
なシステムにも同様に適用できる。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、モデル化のための手間
(測定、データ整理、モデル化)を削ることができ、コ
ストや時間を節約できる。又、例えば各レーザ穴開け機
(各ガルバノスキャナ)それぞれに対するモデル化が可
能となり、機差に対応できる。又、最適化機能を最大限
に生かすことができ、スループットが向上する。更に、
正確なシミュレーションを実現できる。又、機器の経時
的な変化に常に対応でき、最適化、シミュレーションに
対するメンテナンスが不要である。又、予想される応答
性より劣る不良品のチェックが容易である。又、機器の
経時的な悪化及び故障のチェックが容易である等の優れ
た効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるレーザ穴開け機の全体構成
を示す斜視図
【図2】同じく、詳細構成を示す斜視図
【図3】同じく、ステップアンドリピートによる全体の
加工動作を示すタイムチャート
【図4】同じく、各走査エリア内の加工動作を示すタイ
ムチャート
【図5】レーザ穴開け機の従来の装置システム構成を示
すブロック線図
【図6】本発明に係る加工機の動作速度モデル化及び動
作経路最適化装置の全体構成を示すブロック図
【図7】前記実施形態の処理手順を示す流れ図
【図8】「測定−モデル化用」加工データファイルの内
容例を示す平面図
【図9】動作モデルの概念図
【図10】モデル化機能の工程を示す流れ図
【図11】抽出工程の概念図
【図12】関数化工程の概念図
【符号の説明】
10…レーザ穴開け(加工)機 70…加工データファイル群 72…加工データ 74・・・測定結果(データ) 76…動作モデル(データ) 78…動作モデルファイル 80…パソコン(PC) 82…変換プログラム 84…加工制御プログラム 86…モデル化プログラム 86a…測定機能(プログラム) 86b…モデル化機能(プログラム) 86c…モデルファイル編集機能(プログラム) 88…最適化プログラム 90…シミュレーションプログラム 92…検定プログラム 94・・・デスプレイ 96…動作モデルデータベース

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加工機を動作させて、該加工機を構成する
    機器の動作速度を測定し、 測定結果に基づいて、各機器毎に最適なモデル化関数を
    自動的に作成することを特徴とする加工機の動作速度モ
    デル化方法。
  2. 【請求項2】前記測定結果に基づいて影響因子を自動的
    に抽出し、 該抽出された影響因子を用いて、各機器毎に最適なモデ
    ル化関数を自動的に作成することを特徴とする、請求項
    1に記載の加工機の動作速度モデル化方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2に記載の動作速度モデル化
    方法により作成された動作速度モデルを用いて、動作モ
    デルファイルを編集すると共に、 前記動作速度モデルを用いて、機器の動作経路を最適化
    又はシミュレーションすることを特徴とする加工機の動
    作経路最適化方法。
  4. 【請求項4】加工機を動作させて、該加工機を構成する
    機器の動作速度を測定し、 測定結果に基づいて、各機器の動作速度を自動的に検定
    することを特徴とする加工機の動作速度検定方法。
  5. 【請求項5】加工機を動作させて、該加工機を構成する
    機器の動作速度を測定する手段と、 測定結果に基づいて、各機器毎に最適なモデル化関数を
    自動的に作成する関数化手段と、 を備えたことを特徴とする加工機の動作速度モデル化装
    置。
  6. 【請求項6】前記測定結果に基づいて影響因子を自動的
    に抽出する抽出手段を更に備え、 前記関数化手段が、該抽出手段により抽出された影響因
    子を用いて、各機器毎に最適なモデル化関数を自動的に
    作成するようにされていることを特徴とする、請求項5
    に記載の加工機の動作速度モデル化装置。
  7. 【請求項7】請求項5又は6に記載の動作速度モデル化
    装置により作成された動作速度モデルを用いて、動作モ
    デルファイルを編集するファイル編集手段と、 該ファイル編集手段により編集された動作モデルファイ
    ルを用いて、機器の動作経路を最適化又はシミュレーシ
    ョンする手段と、 を備えたことを特徴とする加工機の動作経路最適化装
    置。
  8. 【請求項8】加工機を動作させて、該加工機を構成する
    機器の動作速度を測定する手段と、 測定結果に基づいて、各機器の動作速度を自動的に検定
    する手段と、 を備えたことを特徴とする加工機の動作速度検定装置。
  9. 【請求項9】請求項1乃至4のいずれかに記載の方法を
    実施するためのコンピュータプログラム。
  10. 【請求項10】請求項5乃至8のいずれかに記載の装置
    を実現するためのコンピュータプログラム。
  11. 【請求項11】請求項9又は10に記載のコンピュータ
    プログラムを記録した、コンピュータ読取可能な記録媒
    体。
JP2002067451A 2002-03-12 2002-03-12 加工機の動作速度モデル化方法、装置、動作経路最適化方法、装置、及び、動作速度検定方法、装置 Pending JP2003266187A (ja)

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